Việc lựa chọn cáp trên không cho nhà máy quang điện là một khía cạnh quan trọng trong thiết kế và vận hành hiệu quả các cơ sở đó. Kích thước chính xác của dây dẫn trên không ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn, tổn thất năng lượng, chi phí vận hành, và lợi nhuận lâu dài.
Nhà máy quang điện được chia thành nhà máy quang điện tập trung và phân tán dựa trên công suất và phương thức tiêu thụ. Các nhà máy tập trung có công suất cao hơn và thường được đấu nối vào lưới điện sử dụng cấp điện áp từ 35kV/110kV trở lên., truy cập trạm biến áp 35kV/110kV gần đó. Các trạm biến áp 35kV/110kV thường được đặt tại các trung tâm phụ tải thành phố, ở một khoảng cách nhất định từ nhà máy quang điện. Để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả, cáp trên không trần thường được sử dụng để kết nối nhà máy với trạm biến áp.
Khi thiết kế một nhà máy quang điện và lựa chọn cáp, sử dụng dây dẫn trần có tiết diện nhỏ hơn giúp giảm tiêu thụ kim loại màu, do đó giảm chi phí đầu tư. Mặt khác, nếu sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn, điện trở trên một đơn vị chiều dài giảm, làm giảm tổn thất năng lượng hoạt động, giảm điện áp, và tổn thất năng lượng điện, do đó làm giảm chi phí hoạt động. Để giảm tổn thất trên lưới điện và nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy quang điện, tối đa hóa doanh thu sản xuất năng lượng, cần phải chọn đúng tiết diện dây dẫn.
Ba điều kiện cần để chọn tiết diện dây dẫn
Việc lựa chọn mặt cắt dây dẫn trên không phải đảm bảo an toàn cho người, cung cấp điện đáng tin cậy, công nghệ tiên tiến, và nền kinh tế hợp lý. Về mặt kỹ thuật, việc lựa chọn phải đáp ứng ba yêu cầu cần thiết sau đây:
Tình trạng kháng cơ học
Trong quá trình hoạt động lâu dài, dây dẫn sẽ chịu tác dụng của các ngoại lực khác nhau, chẳng hạn như độ căng của đường dây, trọng lượng riêng của dây dẫn, gió, và khối lượng băng tích lũy. Để đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong hoạt động của dây dẫn, nó cần phải có đủ độ bền cơ học. Quy định nêu rõ để đảm bảo độ bền cơ học của đường dây điện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn giá trị cho trong bảng sau:
| Loại dây dẫn | Qua khu dân cư | Qua khu vực phi dân cư |
|---|---|---|
| Cáp bện nhôm và hợp kim nhôm | 35 | 25 |
| Cáp bện lõi thép | 25 | 16 |
| Cáp đồng | 16 | 16 |
Tình trạng sưởi ấm
Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, nó nóng lên do sức cản. Để tránh dây dẫn bị cháy hoặc lão hóa sớm do quá nóng, và để đảm bảo hoạt động lâu dài an toàn và đáng tin cậy của nó, nó cũng phải đáp ứng điều kiện tăng nhiệt độ. Đó là, dòng điện tải liên tục lớn nhất chạy qua dây dẫn phải nhỏ hơn dòng điện liên tục an toàn lâu dài cho phép. Tiêu chuẩn này thiết lập dòng điện liên tục an toàn lâu dài ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 25°C, như thể hiện trong bảng sau:
| Mặt cắt ngang / mm² | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 | 240 | 300 | 400 | 500 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LJ | 170 | 215 | 265 | 325 | 375 | 440 | 500 | 610 | 680 | 830 | 980 |
| LGJ | 170 | 220 | 275 | 335 | 380 | 445 | 515 | 610 | 700 | 800 | – |
| LJGQ | – | – | – | – | – | – | 510 | 610 | 710 | 845 | 966 |
Điều kiện hiệu ứng Corona
Trong đường dây trên không có điện áp cao hơn, cường độ điện trường xung quanh cao. Điều này có thể gây ra sự xuất hiện phóng điện một phần hoặc toàn bộ, tăng tổn thất năng lượng, tạo ra nhiễu truyền thông, và đẩy nhanh quá trình oxy hóa thiết bị. Để tránh hiệu ứng Corona, cường độ điện trường trong không khí xung quanh phải giảm bằng cách tăng tiết diện của dây dẫn. Khi cấp điện áp dưới 60kV, Một hiệu ứng hào quang hoàn chỉnh không xảy ra do điện áp hoạt động thấp và cường độ điện trường thấp. Tuy nhiên, khi cấp điện áp bằng hoặc lớn hơn 110kV, tiết diện dây dẫn tối thiểu cần thiết để tránh hiệu ứng vầng hào quang như sau:
| Điện áp danh định / kV | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| Mặt cắt dây dẫn tối thiểu | LGJ-70 | LGJ-300 | LGJ-2×240 |
Phương pháp chọn mặt cắt dây dẫn 1: Phương pháp mật độ dòng điện kinh tế
Khi xét tính kinh tế trong việc chọn tiết diện dây dẫn, cần phải tính toán chủ yếu khoản đầu tư xây dựng đường dây và chi phí vận hành hàng năm, chủ yếu dựa trên tổn thất năng lượng. Để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế của việc lựa chọn dây dẫn, nó phải dựa trên mật độ dòng tiền kinh tế. Sau khi xem xét toàn diện các nguyên tắc về lợi ích tổng thể (sự đầu tư, chi phí vận hành, tỷ lệ thu hồi vốn đầu tư, tỷ lệ khấu hao), Dòng điện tiết kiệm nhất tương ứng với một đơn vị tiết diện của dây dẫn được gọi là mật độ dòng điện kinh tế. Điều này liên quan đến vật liệu dẫn điện, hệ số sử dụng của đường dây, và số tiền đầu tư. Trong thực tế, nó được xác định dựa trên vật liệu dây dẫn, số giờ sử dụng tải tối đa, và điện áp danh định, như thể hiện trong bảng. Mặt cắt được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế được gọi là mặt cắt kinh tế, được định nghĩa là:
Sj = Imax / J
- Sj: Mặt cắt kinh tế
- J: Mật độ dòng điện kinh tế
- Imax: Dòng điện hoạt động tối đa của dây dẫn trong điều kiện bình thường
| T(tối đa)/h | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dây dẫn LJ của 10 kV trở xuống | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| Dây dẫn LGJ của 10 kV trở xuống | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| Dây dẫn LCJ của 35 KV trở lên | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
Ví dụ về lựa chọn cáp trên không cho nhà máy quang điện
Kịch bản thực tế
Đối với một giải pháp cáp quang điện, trên đường dây 35kV, sử dụng cáp bện nhôm lõi thép có mạch kép, với chiều dài 15 km và tải trọng tối đa là 16 MW ở cuối. Hệ số công suất trung bình là 0.9, và điện áp rơi tối đa cho phép là 5% trong điều kiện bình thường được phép. Cần chọn mặt cắt dây dẫn.
Kế hoạch tuyển chọn
Tiết diện dây dẫn sẽ được lựa chọn dựa trên mật độ dòng điện kinh tế, và sau đó nó sẽ được kiểm tra theo ba điều kiện cần thiết và độ sụt áp cho phép.
Dòng điện hoạt động tối đa:
Imax = (P / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 MỘT
Với dòng điện hoạt động tối đa (Imax) của 146.63 A và Tmax của 2000 giờ, bảng chỉ ra rằng mật độ dòng điện kinh tế (J) là 1.65 A/mm2. Vì thế, mặt cắt kinh tế là:
Sj = Imax / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm²
Mặt cắt gần nhất được chọn: Trình điều khiển LGJ-95, với các thông số ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ω/km và dòng điện liên tục an toàn dài hạn là 335 MỘT.
Xác minh
- Kháng cơ học:
S = 95 mm² > Và = 25 mm²
Đáp ứng yêu cầu. - Tình trạng sưởi ấm:
Vì đường mạch kép có thể hoạt động trong một mạch đơn, dòng điện trong đường dây tăng, tạo ra nhiều nhiệt hơn. Đây là kịch bản vận hành quan trọng nhất. Trong việc xác minh nhiệt độ, phương thức hoạt động này phải được xem xét:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 MỘT < tôi = 335 MỘT
Đáp ứng yêu cầu. - Điều kiện hiệu ứng Corona:
Vì dòng này là 35 kV, không cần thiết phải xác minh điều kiện hiệu ứng hào quang. - Giảm điện áp:
ΔU = (P×R + Q × X) × L / bạn = 1.80 kV
U% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
Không đáp ứng được yêu cầu, nên tiết diện dây dẫn phải tăng. Dây dẫn LGJ-120 được chọn, với các thông số ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ω/km và dòng điện liên tục an toàn dài hạn là 380 MỘT.
Xác minh mới:
- Kháng cơ học:
S = 120 mm² > Và = 25 mm²
Đáp ứng yêu cầu. - Tình trạng sưởi ấm:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 MỘT < tôi = 380 MỘT
Bảng cho thấy dây dẫn LGJ-120 có dòng điện an toàn tối đa là 380 A ở chế độ lỗi, lớn hơn cường độ dòng điện cực đại trong dây dẫn, vậy là đạt yêu cầu. - Điều kiện hiệu ứng Corona:
Vì dòng này là 35 kV, không cần thiết phải xác minh điều kiện hiệu ứng hào quang. - Giảm điện áp:
ΔU = (P×R + Q × X) × L / bạn = 1.60 kV
U% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Đáp ứng yêu cầu.
Vì thế, dây dẫn trên không được chọn LGJ-120 phù hợp.
Phần kết luận
Việc lựa chọn đúng đắn các cáp trong nhà máy quang điện là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Bằng cách xem xét ba tiêu chí chính—độ bền cơ học, sưởi ấm, và điều kiện hào quang—đảm bảo rằng dây dẫn sẽ chịu được các yêu cầu về vật lý và nhiệt, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tối ưu hóa chi phí vận hành.
Sử dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế cho phép cân bằng chi phí đầu tư ban đầu và chi phí dài hạn. Bằng cách điều chỉnh tiết diện dây dẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tránh sụt áp, đảm bảo hoạt động lắp đặt hiệu quả và tiết kiệm chi phí, tối đa hóa hiệu suất và độ bền của nó.